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lm-002964 · 2026-08

跨載體轉導與重建錯配

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跨載體轉導與重建錯配

從表示幾何、語義可辨識性到安全結果的多層保真理論

英文題名: Cross-Carrier Transduction and Reconstruction Mismatch: A Multi-Layer Fidelity Theory from Representational Geometry to Semantic Distinguishability and Safety Outcomes
系列: 廣義相位交流與載體安全(Generalized Phase Communication and Carrier Safety, GPC-CS)
Paper: 02
作者: Neo.K(許筌崴)
機構: EveMissLab/一言諾科技有限公司
理論協作: Aletheia(GPT-5.6 Sol)
版本: v1.0
日期: 2026-08-13
狀態: Public Theoretical Paper / Non-operational Safety Theory


摘要

Paper 01 將廣義相位交流中的安全問題形式化為載體狀態空間 Xi\mathcal X_i 、安全域 Si\mathcal S_i 、關係安全域 CG\mathcal C_G 與全域閉包條件。本文進一步處理其中尚未展開的一個核心問題:當一個載體中的表示被轉導到另一個載體時,究竟什麼叫做「保留了原本的東西」?而接收端重建出的結果,又有多少來自傳輸本身,多少來自接收載體的既有狀態?

本文的第一個主張是:跨載體保真不能由單一表示距離定義。兩個載體可以在幾何上相似但功能不同,也可以在特定任務上功能相容卻依賴不同資訊;現有 representation similarity、model stitching 與 representation alignment 文獻已顯示這些判定層彼此不可簡單等同。因此,本文把跨載體錯配拆分為表示幾何錯配、可解碼錯配、功能錯配、資訊錯配與安全結果錯配,並以向量而非單一純量表示:

Δij=(δgeom,δdec,δfunc,δinfo,δsafe).\boxed{ \Delta_{ij} = ( \delta_{\mathrm{geom}}, \delta_{\mathrm{dec}}, \delta_{\mathrm{func}}, \delta_{\mathrm{info}}, \delta_{\mathrm{safe}} ). }

本文的第二個主張是:真正決定「有損轉導是否仍足夠」的,不是轉導算子 TijT_{ij} 是否單射,而是它的 fibers 是否跨越研究所要求的語義可辨識類。給定一族任務相對的可觀察量 Q\mathscr Q,本文定義語義等價關係 Q\sim_{\mathscr Q},並證明:對單一觀察量 qq,存在某個接收端函數 gg 使 q=gTq=g\circ T,當且僅當 qqTT 的每個 fiber 上為常數。因而,非單射壓縮可以在指定語義任務上完全保真;真正不可恢復的情況是:

T(z1)=T(z2)z1̸Qz2.T(z_1)=T(z_2) \quad\text{但}\quad z_1\not\sim_{\mathscr Q}z_2.

本文稱此為跨語義類別名化(cross-class aliasing)

第三,本文把接收端本地狀態 XjX_j 明確當作 side information。若來源語義變量為 YY 、轉導訊號為 U=T(Z)U=T(Z) 、重建結果為 R=D(U,Xj)R=D(U,X_j),則在相應 Markov 條件下:

I(Y;U)I(Y;Z),I(Y;U) \le I(Y;Z),

以及:

I(Y;R)I(Y;U)I(Y;XjU).\boxed{ I(Y;R)-I(Y;U) \le I(Y;X_j\mid U). }

這表示重建後看似增加的語義資訊,最多只能由接收端既有 side information 所供應;它不能被誤認為全都由傳輸來源攜帶。此結果把早期「接收端重建過剩」直覺轉化為標準資訊論語言。

第四,本文證明 exact cycle consistency 並不足以推出語義保真,representation similarity 也不足以推出功能或資訊等價;同樣地,語義高保真與載體安全之間不存在一般蘊含關係。最後,本文給出一個轉導—重建—狀態更新的 Lipschitz 誤差傳播界:

dX(x+,x+)ηdX(x,x)+βdU(u,u)\boxed{ d_X(x^+,x^{+\prime}) \le \eta\,d_X(x,x') + \beta\,d_U(u,u') }

其中:

η=Mx+MrLx,β=MrLu.\eta = M_x+M_rL_x, \qquad \beta = M_rL_u.

此式顯示跨載體錯配不只存在於一次解碼結果,也可能經由接收端狀態依賴而在連續交流中衰減、維持或放大。

本文不提供任何高風險內容、實際載荷、注入方式、神經刺激參數或模型攻防程序。本文只建立跨載體轉導與重建錯配的抽象數學問題,並為後續容量錯配、算子誘發風險與全域級聯分析建立共同接口。

關鍵詞: 跨載體轉導、重建錯配、表示對齊、語義等價類、fiber、別名化、side information、資訊保真、cycle consistency、載體安全


0. 文獻定位與研究邊界

跨表示空間的「相似」並不是一個新問題。神經網路表示比較已有 CCA、CKA、RSA、Procrustes、shape distance 等多種方法;Kornblith 等人的 CKA 工作指出,不同相似度量具有不同不變性與適用限制。Model stitching 則把問題轉向功能可接性:若一個模型前段的表示經簡單轉換後可以接入另一個模型後段,兩者在某種任務意義下具有功能相容性。

但近年的結果同時說明:

functional compatibility 不等於 informational equivalence。

不同模型即使可以成功 stitching,也可能依賴不同資訊或不同線索完成任務。2025 年的相關工作甚至展示 representation similarity 與 function similarity 可以彼此解離。這對 GPC-CS 很重要,因為跨載體安全不能把「能接」、「像」、「做出同一答案」、「保留同一資訊」與「交流後仍安全」視為同一件事。

另一方面,semantic communication 與 latent translation 研究已經提供了另一組技術背景:DeepSC 類系統把通信目標從 bit-level error 推向 semantic-level fidelity;latent translation、model stitching 與 2025 年的 LLM vector translation 則展示不同模型或模態的 latent spaces 可以透過學習到的轉換建立部分可用橋樑。

本文不把這些工作等同於完整的廣義相位交流。

本文只取其中一個最小事實:

不同載體的內部表示可以被比較、轉換、對齊或接合,但「轉換成功」需要明確說明成功的是哪一種保真。

本文不提供任何攻擊實作、危險內容構造或跨模型注入流程。


1. 基本架構:表示、轉導、重建與更新

設來源載體為 LiL_i,目標載體為 LjL_j

Paper 01 已定義載體狀態:

xiXi,xjXj.x_i\in\mathcal X_i, \qquad x_j\in\mathcal X_j.

本文另外引入來源表示空間:

Zi,\mathcal Z_i,

與目標輸入空間:

Uj.\mathcal U_j.

來源載體的外顯映射為:

Ei:XiZi.E_i: \mathcal X_i \rightarrow \mathcal Z_i.

跨載體轉導為:

Tij:ZiUj.T_{ij}: \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal U_j.

目標載體本地重建為:

Dj:Uj×XjRj.D_j: \mathcal U_j \times \mathcal X_j \rightarrow \mathcal R_j.

最後由狀態更新算子:

Fj:Xj×RjXjF_j: \mathcal X_j \times \mathcal R_j \rightarrow \mathcal X_j

得到:

xj+=Fj(xj,Dj(Tij(Ei(xi)),xj)).x_j^+ = F_j \left( x_j, D_j ( T_{ij}(E_i(x_i)), x_j ) \right).

定義完整跨載體更新:

Φij(xi,xj)=Fj(xj,Dj(Tij(Ei(xi)),xj)).\boxed{ \Phi_{ij}(x_i,x_j) = F_j \left( x_j, D_j ( T_{ij}(E_i(x_i)), x_j ) \right). }

本文的研究對象不是單獨的 TijT_{ij}

而是整條鏈:

EiTijDjFj.E_i \rightarrow T_{ij} \rightarrow D_j \rightarrow F_j.

2. 為什麼不能假設存在單一「真正語義距離」

若兩個載體的表示空間不同:

ZiZj,\mathcal Z_i \neq \mathcal Z_j,

那麼直接寫:

d(zi,zj)d(z_i,z_j)

通常甚至沒有定義。

即使透過某個對齊映射:

Aij:ZiZjA_{ij}: \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal Z_j

把兩者放進同一座標系,也仍然必須先回答:

我們希望保留的是什麼?

可能是:

  • 幾何鄰近;
  • 某些可解碼特徵;
  • 任務輸出;
  • 類別判定;
  • 因果作用;
  • 不變性;
  • 資訊量;
  • 安全結果。

這些都不是同一個問題。

因此本文不預設一個宇宙唯一的:

dsemantic.d_{\mathrm{semantic}}.

相反地,本文採用任務相對可觀察量族


3. 可觀察量族與語義等價類

3.1 可觀察量族

對來源載體,選擇一族研究相關的可觀察量:

Qi={qi():ZiY}Λ.\mathscr Q_i = \left\{ q_i^{(\ell)} : \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal Y_\ell \right\}_{\ell\in\Lambda}.

對目標重建空間,對應地定義:

Qj={qj():RjY}Λ.\mathscr Q_j = \left\{ q_j^{(\ell)} : \mathcal R_j \rightarrow \mathcal Y_\ell \right\}_{\ell\in\Lambda}.

兩者使用相同的 codomain Y\mathcal Y_\ell,表示它們回答的是同一個研究問題。

例如某個 \ell 可以代表:

  • 是否保留某個分類;
  • 是否保留某種順序;
  • 是否保留一組關係;
  • 是否保留某個可解碼變量;
  • 是否保留某個後續功能。

本文不要求 Y\mathcal Y_\ell 必須是離散集合。


3.2 語義等價關係

在來源表示空間上定義:

zQizz \sim_{\mathscr Q_i} z'

當且僅當:

Λ,qi()(z)=qi()(z).\forall\ell\in\Lambda, \qquad q_i^{(\ell)}(z) = q_i^{(\ell)}(z').

因此:

[z]Qi[z]_{\mathscr Q_i}

表示在目前研究問題下不可區分的表示類。

這是一個重要觀念:

兩個表示不必在所有微觀座標上相同,仍可以在指定研究任務下屬於同一語義等價類。

因此跨載體保真可以研究 quotient:

Zi/Qi\boxed{ \mathcal Z_i / \sim_{\mathscr Q_i} }

而不必要求完整微觀狀態同構。


4. 可觀察量保真誤差

設來源表示為:

zZi.z\in\mathcal Z_i.

轉導後:

u=Tij(z).u = T_{ij}(z).

在目標載體狀態 xjx_j 下重建:

rj=Dj(u,xj).r_j = D_j(u,x_j).

Y\mathcal Y_\ell 上具有距離 dd_\ell,定義第 \ell 個觀察量錯配:

δij()(z,xj)=d(qj()(rj),qi()(z)).\delta_{ij}^{(\ell)} ( z,x_j ) = d_\ell \left( q_j^{(\ell)}(r_j), q_i^{(\ell)}(z) \right).

可進一步定義:

δQij(z,xj)=supΛδij()(z,xj).\delta_{\mathscr Q}^{ij} ( z,x_j ) = \sup_{\ell\in\Lambda} \delta_{ij}^{(\ell)} ( z,x_j ).

若:

δQij(z,xj)=0,\delta_{\mathscr Q}^{ij} ( z,x_j ) = 0,

則稱此次轉導—重建對 Q\mathscr Q 精確保真

這個定義故意不要求:

rj=z.r_j=z.

因為兩者甚至可能不在同一空間。


5. Fiber 保真定理

現在可以回答一個核心問題:

一個非單射、有損的轉導,什麼時候仍然可以對指定語義完全保真?

設:

T:ZU,T: \mathcal Z \rightarrow \mathcal U,

以及某個可觀察量:

q:ZY.q: \mathcal Z \rightarrow \mathcal Y.

定理 5.1:Fiber Factorization Criterion

存在函數:

g:T(Z)Yg: T(\mathcal Z) \rightarrow \mathcal Y

使:

q=gT\boxed{ q = g \circ T }

當且僅當 qqTT 的每個 fiber 上為常數,即:

T(z1)=T(z2)q(z1)=q(z2).T(z_1) = T(z_2) \Rightarrow q(z_1) = q(z_2).

證明

必要性

若:

q=gT,q = g\circ T,

且:

T(z1)=T(z2),T(z_1)=T(z_2),

則:

q(z1)=g(T(z1))=g(T(z2))=q(z2).q(z_1) = g(T(z_1)) = g(T(z_2)) = q(z_2).

qq 在每個 fiber 上為常數。

充分性

假設 qq 在每個 fiber 上為常數。

對任意:

uT(Z),u\in T(\mathcal Z),

取任意:

zT1(u),z\in T^{-1}(u),

定義:

g(u)=q(z).g(u)=q(z).

由 fiber 常數性,此定義與所選 zz 無關,因此 gg 良定義。

故:

q(z)=g(T(z)).q(z) = g(T(z)).

證畢。


6. 非單射不等於語義損失

定理 5.1 直接給出一個重要推論。

推論 6.1

即使:

TT

不是單射,只要每個 fiber 完全落在同一個 Q\mathscr Q 等價類內,則對指定 Q\mathscr Q 而言仍可能精確保真。

因此:

non-injective⇏semantically lossy.\boxed{ \text{non-injective} \not\Rightarrow \text{semantically lossy}. }

真正的問題不是壓縮本身。

而是壓縮是否跨越了必須被區分的語義類。


7. 跨語義類別名化

定義:

ATQ={(z1,z2):T(z1)=T(z2),  z1̸Qz2}.\mathcal A_T^{\mathscr Q} = \left\{ (z_1,z_2): T(z_1)=T(z_2), \; z_1 \not\sim_{\mathscr Q} z_2 \right\}.

若:

ATQ,\mathcal A_T^{\mathscr Q} \neq \varnothing,

則稱 TT 發生跨語義類別名化(cross-class aliasing)


定理 7.1:別名化不可恢復定理

若:

(z1,z2)ATQ,(z_1,z_2) \in \mathcal A_T^{\mathscr Q},

則不存在任何只依賴 T(z)T(z) 的確定性解碼器,可以同時對 z1,z2z_1,z_2 保持完整 Q\mathscr Q 保真。

證明

因為:

T(z1)=T(z2)=u.T(z_1)=T(z_2)=u.

任何只依賴 uu 的確定性解碼器均給出同一結果:

D(u).D(u).

但由:

z1̸Qz2,z_1 \not\sim_{\mathscr Q} z_2,

存在某個 \ell 使:

q()(z1)q()(z2).q^{(\ell)}(z_1) \neq q^{(\ell)}(z_2).

單一輸出不可能同時等於兩個不同的目標觀察值。

矛盾。

證畢。


8. Side Information 會改變「不可恢復」的意義

Paper 00 與早期相位交流理論已強調:

接收端不是空白容器。

因此本文的重建器是:

Dj(u,xj),D_j(u,x_j),

而不是:

Dj(u).D_j(u).

若兩個來源狀態:

z1,z2z_1,z_2

TT 壓縮成同一 uu,但接收端本地狀態 xjx_j 含有額外資訊,則重建仍可能區分它們。

然而這表示:

區分資訊並不是由 uu 單獨攜帶。

因此需要把「傳輸保真」與「傳輸 + side information 後的重建保真」分開。


9. 資訊論版本:重建過剩的上界

設:

  • YY:研究關心的語義變量;
  • ZZ:來源表示;
  • U=T(Z)U=T(Z):跨載體轉導後訊號;
  • XX:接收端本地狀態;
  • R=D(U,X)R=D(U,X):重建結果。

假設:

YZUY \rightarrow Z \rightarrow U

形成 Markov chain。

則由 data processing inequality:

I(Y;U)I(Y;Z).\boxed{ I(Y;U) \le I(Y;Z). }

轉導本身不能憑空增加關於 YY 的來源資訊。

另一方面,由於 RR(U,X)(U,X) 的函數:

I(Y;R)I(Y;U,X).I(Y;R) \le I(Y;U,X).

利用 chain rule:

I(Y;U,X)=I(Y;U)+I(Y;XU).I(Y;U,X) = I(Y;U) + I(Y;X\mid U).

因此得到:

定理 9.1:本地重建資訊增益上界

I(Y;R)I(Y;U)I(Y;XU).\boxed{ I(Y;R) - I(Y;U) \le I(Y;X\mid U). }

解釋

若:

I(Y;R)>I(Y;U),I(Y;R) > I(Y;U),

則這個額外可用資訊必須能由接收端 side information XX 解釋。

特別地,若:

I(Y;XU)=0,I(Y;X\mid U)=0,

則:

I(Y;R)I(Y;U).I(Y;R) \le I(Y;U).

此時接收端不能透過本地重建增加任何真正關於 YY 的資訊。


10. 來源保真與重建合理性必須分開

假設接收端產生一個非常合理的結果:

R.R.

這不表示:

RR

高度忠實於來源。

它可能高度依賴:

X.X.

因此至少需要區分:

source fidelity\text{source fidelity}

與:

receiver plausibility.\text{receiver plausibility}.

可形式化為兩個不同評估:

δsrc=d(qj(R),qi(Z)),\delta_{\mathrm{src}} = d ( q_j(R), q_i(Z) ),

以及:

δlocal=Lj(R;X),\delta_{\mathrm{local}} = \mathcal L_j(R;X),

其中 Lj\mathcal L_j 可以代表接收端自身的一致性或合理性代價。

一個輸出可以滿足:

δlocal0,\delta_{\mathrm{local}}\approx0,

但:

δsrc0.\delta_{\mathrm{src}}\gg0.

這就是廣義相位交流中「看起來理解成功」與「實際來源保真」分離的正式接口。


11. 五層錯配向量

本文不使用一個萬能錯配分數。

定義:

Δij=(δgeom,δdec,δfunc,δinfo,δsafe).\boxed{ \Delta_{ij} = ( \delta_{\mathrm{geom}}, \delta_{\mathrm{dec}}, \delta_{\mathrm{func}}, \delta_{\mathrm{info}}, \delta_{\mathrm{safe}} ). }

11.1 表示幾何錯配

在選定比較方法 G\mathfrak G 與校準資料集 C\mathcal C 後:

δgeom=G(Zi,Zj).\delta_{\mathrm{geom}} = \mathfrak G ( Z_i, Z_j ).

G\mathfrak G 可以來自 CKA、RSA、CCA、Procrustes、shape distance 或其他表示幾何方法。

本文不指定哪一個永遠正確。

不同度量對不同變換具有不同不變性。


11.2 可解碼錯配

對任務變量 YY,設來源與目標最佳解碼器性能分別為:

Pi(Y),Pj(Y).\mathcal P_i(Y), \qquad \mathcal P_j(Y).

可定義:

δdec=dP(Pi(Y),Pj(Y)).\delta_{\mathrm{dec}} = d_{\mathcal P} ( \mathcal P_i(Y), \mathcal P_j(Y) ).

這回答:

同一資訊是否仍能被有效讀出?


11.3 功能錯配

設來源與目標的下游功能為:

fi,fj.f_i, \qquad f_j.

可定義:

δfunc=E[dF(fi(z),fj(r))].\delta_{\mathrm{func}} = \mathbb E \left[ d_F ( f_i(z), f_j(r) ) \right].

這回答:

兩者是否在指定任務上產生相似功能結果?


11.4 資訊錯配

對語義變量 YY

δinfo=I(Y;Z)I(Y;R).\delta_{\mathrm{info}} = \left| I(Y;Z) - I(Y;R) \right|.

它與功能錯配不同。

兩個表示可以在某個任務上做出相同答案,但保留不同的其他資訊。


11.5 安全結果錯配

令目標載體更新前後為:

xjxj+.x_j \rightarrow x_j^+.

Paper 01 的安全裕度為:

μSj(xj+).\mu_{\mathcal S_j}(x_j^+).

可用:

δsafe=max{0,σSj(xj+)}\delta_{\mathrm{safe}} = \max \left\{ 0, -\sigma_{\mathcal S_j}(x_j^+) \right\}

表示超出安全域的程度,其中 σSj\sigma_{\mathcal S_j} 為某個 signed safety margin。

這回答:

即使語義成功,載體結果是否仍符合安全規格?


12. 為什麼不把五個錯配直接加總

最誘惑人的寫法是:

D=kwkδk.D = \sum_k w_k\delta_k.

本文不把它當成基本定義。

因為權重:

wkw_k

本身帶有任務、價值與安全規格選擇。

例如:

  • 某系統極度重視可解碼功能;
  • 某系統極度重視資訊完整性;
  • 某系統即使語義錯配很小,只要安全域越界就完全不可接受。

因此更中性的結構是 componentwise partial order:

ΔΔ\Delta \preceq \Delta'

當且僅當:

k,δkδk.\forall k, \qquad \delta_k \le \delta_k'.

此時可以研究 Pareto frontier,而不先偷渡一個宇宙唯一的權重函數。


13. Cycle Consistency 不等於語義保真

跨域 translation 常使用 cycle consistency。

設:

Tij:ZiZj,T_{ij}: \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal Z_j, Tji:ZjZi.T_{ji}: \mathcal Z_j \rightarrow \mathcal Z_i.

若:

TjiTij=idZi,T_{ji} \circ T_{ij} = \operatorname{id}_{\mathcal Z_i},

我們得到 exact cycle consistency。

這可以保證 TijT_{ij} 在來源域上為單射。

但它仍不能單獨保證:

qjTij=qi.q_j \circ T_{ij} = q_i.

命題 13.1:Exact Cycle Consistency 不推出語義保真

構造

令:

Zi=Zj={0,1}.\mathcal Z_i = \mathcal Z_j = \{0,1\}.

令:

Tij(z)=z,T_{ij}(z)=z, Tji(z)=z.T_{ji}(z)=z.

因此:

TjiTij=id.T_{ji} \circ T_{ij} = \operatorname{id}.

但定義來源語義:

qi(z)=z,q_i(z)=z,

目標語義:

qj(z)=1z.q_j(z)=1-z.

則:

qj(Tij(z))=1zz=qi(z).q_j(T_{ij}(z)) = 1-z \neq z = q_i(z).

因此 cycle 完美,語義仍完全反轉。

證畢。


14. 幾何相似不等於功能相似,功能相容也不等於資訊相同

這一點不只是抽象可能。

representation comparison 文獻已反覆顯示:

  • CKA 等幾何相似量只捕捉特定不變性下的表示關係;
  • model stitching 測試的是某種 forward functional compatibility;
  • functionally stitchable representations 仍可能保留不同資訊;
  • representation similarity 與 function similarity 可以解離。

因此本文採取:

δgeom,δfunc,δinfo 必須分列。\boxed{ \delta_{\mathrm{geom}}, \delta_{\mathrm{func}}, \delta_{\mathrm{info}} \text{ 必須分列。} }

任何未來 GPC 系統如果只報告一個 representation alignment score,都不足以推出完整跨載體保真。


15. 語義保真不推出載體安全

Paper 01 已把安全定義為狀態域閉包。

本文現在可以證明:

即使跨載體語義完全保真,也不表示載體更新安全。


命題 15.1:語義保真與安全性不存在一般蘊含

情況 A:完全保真但不安全

令:

T(z)=z,T(z)=z, D(u,x)=u.D(u,x)=u.

所以語義完全保留。

但令安全域:

S=[1,1],\mathcal S=[-1,1],

並令某次狀態更新:

F(x,r)=2.F(x,r)=2.

則:

x+=2S.x^+=2\notin\mathcal S.

因此語義保真但不安全。

情況 B:完全失真但安全

令:

T(z)=0,T(z)=0, D(0,x)=0,D(0,x)=0,

使來源資訊全部消失。

但令:

F(x,0)=0.F(x,0)=0.

則:

x+=0S.x^+=0\in\mathcal S.

因此可以語義失真但狀態安全。

故一般而言:

fidelity⇏safety,\boxed{ \text{fidelity} \not\Rightarrow \text{safety}, }

且:

safety⇏fidelity.\boxed{ \text{safety} \not\Rightarrow \text{fidelity}. }

證畢。


16. 聯合保真—安全域

因此真正有用的集合不是只研究:

δQε,\delta_{\mathscr Q} \le \varepsilon,

也不是只研究:

xj+Sj.x_j^+\in\mathcal S_j.

而是定義:

Kij(ε)={(zi,xj):δQij(zi,xj)ε    Φij(zi,xj)Sj}.\boxed{ \mathcal K_{ij}(\varepsilon) = \left\{ (z_i,x_j): \delta_{\mathscr Q}^{ij}(z_i,x_j) \le \varepsilon \;\land\; \Phi_{ij}(z_i,x_j) \in \mathcal S_j \right\}. }

這是跨載體交流的聯合保真—安全域

它回答:

哪些來源表示與目標初始狀態組合,既能達到指定保真,又不讓目標載體離開安全域?

後續 Paper 03 與 Paper 04 可以直接在此集合上加入容量與算子條件。


17. 狀態依賴重建的誤差傳播

前面的定義仍是靜態的。

但 GPC 的真正問題是連續交流。

假設重建器滿足 Lipschitz 條件:

dR(D(u,x),D(u,x))LudU(u,u)+LxdX(x,x).d_R \left( D(u,x), D(u',x') \right) \le L_u d_U(u,u') + L_x d_X(x,x').

再假設狀態更新器滿足:

dX(F(x,r),F(x,r))MxdX(x,x)+MrdR(r,r).d_X \left( F(x,r), F(x',r') \right) \le M_x d_X(x,x') + M_r d_R(r,r').

令:

x+=F(x,D(u,x)),x^+ = F(x,D(u,x)), x+=F(x,D(u,x)).x^{+\prime} = F(x',D(u',x')).

則:

定理 17.1:轉導—重建誤差傳播界

dX(x+,x+)(Mx+MrLx)dX(x,x)+MrLudU(u,u).\boxed{ d_X ( x^+, x^{+\prime} ) \le \left( M_x+M_rL_x \right) d_X(x,x') + M_rL_u d_U(u,u'). }

證明

FF 的 Lipschitz 條件:

dX(x+,x+)MxdX(x,x)+MrdR(D(u,x),D(u,x)).d_X ( x^+, x^{+\prime} ) \le M_xd_X(x,x') + M_r d_R ( D(u,x), D(u',x') ).

再代入 DD 的 Lipschitz 界:

dX(x+,x+)MxdX(x,x)+Mr[LudU(u,u)+LxdX(x,x)].d_X ( x^+, x^{+\prime} ) \le M_xd_X(x,x') + M_r \left[ L_ud_U(u,u') + L_xd_X(x,x') \right].

整理:

dX(x+,x+)(Mx+MrLx)dX(x,x)+MrLudU(u,u).d_X ( x^+, x^{+\prime} ) \le \left( M_x+M_rL_x \right) d_X(x,x') + M_rL_ud_U(u,u').

證畢。


18. 狀態敏感增益

定義:

η=Mx+MrLx\boxed{ \eta = M_x + M_rL_x }

為狀態敏感增益。

定義:

β=MrLu\boxed{ \beta = M_rL_u }

為輸入錯配增益。

則:

dt+1ηdt+βet,d_{t+1} \le \eta d_t + \beta e_t,

其中:

dt=dX(xt,xt),d_t = d_X(x_t,x_t'), et=dU(ut,ut).e_t = d_U(u_t,u_t').

反覆展開:

dtηtd0+βk=0t1ηt1kek.\boxed{ d_t \le \eta^t d_0 + \beta \sum_{k=0}^{t-1} \eta^{t-1-k}e_k. }

因此:

  • η<1\eta<1,既有狀態差具有收縮傾向;
  • η=1\eta=1,狀態差可能持續累積;
  • η>1\eta>1,既有狀態差具有被放大的可能。

注意:

η>1\eta>1

不是系統一定失效的充分必要條件。

它只是此 Lipschitz 上界下的一個增益警示。


19. 與 Paper 01 安全裕度的連接

Paper 01 定義安全裕度:

μS(y)=dist(y,XS).\mu_{\mathcal S}(y) = \operatorname{dist} ( y, \mathcal X\setminus\mathcal S ).

假設參考狀態:

x+Int(S).x^{+\star} \in \operatorname{Int}(\mathcal S).

若實際狀態 x+x^+ 滿足:

dX(x+,x+)<μS(x+),d_X ( x^+, x^{+\star} ) < \mu_{\mathcal S} ( x^{+\star} ),

則:

x+S.x^+ \in \mathcal S.

結合定理 17.1,得到:

推論 19.1:單步轉導錯配安全充分條件

若:

(Mx+MrLx)dX(x,x)+MrLudU(u,u)<μS(x+),\left( M_x+M_rL_x \right) d_X(x,x^\star) + M_rL_u d_U(u,u^\star) < \mu_{\mathcal S} ( x^{+\star} ),

則:

x+S.x^+ \in \mathcal S.

這是 Paper 01 的安全集合與 Paper 02 的轉導錯配之間第一條正式橋樑。


20. 多段轉導的誤差組合

跨載體交流不一定只有:

ij.i \rightarrow j.

也可能是:

ijk.i \rightarrow j \rightarrow k.

設理想轉導為:

Tij,Tjk,T_{ij}^\star, \qquad T_{jk}^\star,

實際轉導為:

Tij,Tjk.T_{ij}, \qquad T_{jk}.

假設:

d(Tij(z),Tij(z))εij,d ( T_{ij}(z), T_{ij}^\star(z) ) \le \varepsilon_{ij},

TjkT_{jk} 對第一輸入 Lipschitz:

d(Tjk(a),Tjk(b))Ljkd(a,b),d ( T_{jk}(a), T_{jk}(b) ) \le L_{jk}d(a,b),

並有:

d(Tjk(y),Tjk(y))εjk.d ( T_{jk}(y), T_{jk}^\star(y) ) \le \varepsilon_{jk}.

則由三角不等式:

定理 20.1:兩段轉導錯配界

d(Tjk(Tij(z)),Tjk(Tij(z)))Ljkεij+εjk.\boxed{ d \left( T_{jk} ( T_{ij}(z) ), T_{jk}^\star ( T_{ij}^\star(z) ) \right) \le L_{jk}\varepsilon_{ij} + \varepsilon_{jk}. }

因此中繼橋越多,錯配不一定單純線性累加;它會受到後續轉導的局部增益影響。


21. 方向不對稱

一般而言:

TijTji1.T_{ij} \neq T_{ji}^{-1}.

即使兩個方向都可以學出有效轉換,其誤差也不必相同。

定義某一保真指標下:

εij,εji.\varepsilon_{ij}, \qquad \varepsilon_{ji}.

方向不對稱量可寫為:

Aij=εijεji.\boxed{ \mathfrak A_{ij} = \left| \varepsilon_{ij} - \varepsilon_{ji} \right|. }

2025 年 LLM vector translation 的初步研究已觀察到雙向轉移能力具有明顯不對稱,這提供一個工程雛型:跨模型表示橋不能自然被假設為對稱通道。

在 GPC-CS 中,方向不對稱意味著:

safe/faithful ij\text{safe/faithful } i\rightarrow j

不能直接推出:

safe/faithful ji.\text{safe/faithful } j\rightarrow i.

22. 校準域與域外錯配

任何轉導器通常只在有限資料或有限狀態區域上被建立與驗證。

設校準域:

CZi.\mathcal C \subseteq \mathcal Z_i.

定義校準錯配:

εcal=supzCδQ(z).\varepsilon_{\mathrm{cal}} = \sup_{z\in\mathcal C} \delta_{\mathscr Q}(z).

若完整研究域為:

ΩC,\Omega \supseteq \mathcal C,

定義:

εglobal=supzΩδQ(z).\varepsilon_{\mathrm{global}} = \sup_{z\in\Omega} \delta_{\mathscr Q}(z).

則一般化缺口:

G=εglobalεcal0.\boxed{ \mathfrak G = \varepsilon_{\mathrm{global}} - \varepsilon_{\mathrm{cal}} \ge 0. }

小的:

εcal\varepsilon_{\mathrm{cal}}

不推出小的:

εglobal.\varepsilon_{\mathrm{global}}.

這是跨載體轉導不能只以 calibration set 成功宣告「已對齊」的形式理由。


23. 表示同構、任務同構與安全同構

本文現在可以區分三種非常容易被混淆的「同構」。

23.1 表示同構

存在雙射:

T:ZiZjT: \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal Z_j

並保留指定幾何或代數結構。

23.2 任務同構

對一族任務:

Q,\mathscr Q,

有:

qj()T=qi()q_j^{(\ell)} \circ T = q_i^{(\ell)}

對所有 \ell 成立。

23.3 安全同構

除了任務保真,還要求:

Φij(Sij)Sj\Phi_{ij} ( \mathcal S_{ij}^\star ) \subseteq \mathcal S_j

以及必要的關係安全條件保持。

三者之間沒有一般等價關係。

因此:

representation isomorphismtask equivalencesafety equivalence.\boxed{ \text{representation isomorphism} \neq \text{task equivalence} \neq \text{safety equivalence}. }

24. 轉導充分性是一個 quotient 問題

若研究只關心:

Q,\mathscr Q,

那麼來源表示真正需要保留的不是每一個微觀狀態。

而是 quotient:

Zi/Q.\mathcal Z_i / \sim_{\mathscr Q}.

因此「最小充分轉導」的理論目標可以寫成:

尋找:

T:ZiUjT: \mathcal Z_i \rightarrow \mathcal U_j

使:

z1Qz2z_1 \sim_{\mathscr Q} z_2

允許被壓縮到相同表示,而:

z1̸Qz2z_1 \not\sim_{\mathscr Q} z_2

仍保持可區分。

理想情況下:

TT

在 quotient classes 上為單射:

[z1]Q[z2]QT(z1)T(z2).\boxed{ [z_1]_{\mathscr Q} \neq [z_2]_{\mathscr Q} \Rightarrow T(z_1) \neq T(z_2). }

這比要求 TT 在完整 Zi\mathcal Z_i 上單射弱得多,也更符合有損但任務充分的通信。


25. 與 Rate–Distortion 的關係

Shannon 的 rate–distortion theory 已經指出:

有損通信不能脫離 distortion criterion 談「最優」。

GPC-CS 接受同樣的基本教訓,但把 distortion 從單一輸出重建擴張為多層向量:

Δij=(δgeom,δdec,δfunc,δinfo,δsafe).\Delta_{ij} = ( \delta_{\mathrm{geom}}, \delta_{\mathrm{dec}}, \delta_{\mathrm{func}}, \delta_{\mathrm{info}}, \delta_{\mathrm{safe}} ).

因此未來如果要建立「GPC rate–distortion」類理論,真正的問題可能不是:

R(D),R(D),

而是某種多約束形式:

R(Dgeom,Ddec,Dfunc,Dinfo,Dsafe).R ( D_{\mathrm{geom}}, D_{\mathrm{dec}}, D_{\mathrm{func}}, D_{\mathrm{info}}, D_{\mathrm{safe}} ).

本文暫不發展此資訊論。

它將與 Paper 03 的容量向量共同形成後續可能的延伸系列。


26. 本文的六個主命題

命題 A:非單射不是核心危險

T 非單射T \text{ 非單射}

不等於:

T 對指定語義有損.T \text{ 對指定語義有損}.

真正判準是:

T 的 fiber 是否跨越 Q 等價類.T \text{ 的 fiber 是否跨越 } \mathscr Q \text{ 等價類}.

命題 B:跨語義類別名化造成不可由訊號單獨修復的損失

若:

T(z1)=T(z2),T(z_1)=T(z_2),

且:

z1̸Qz2,z_1 \not\sim_{\mathscr Q} z_2,

則只看 T(z)T(z) 的解碼器無法對兩者同時完整保真。


命題 C:重建過剩必須歸因於 side information

在適當資訊論條件下:

I(Y;R)I(Y;U)I(Y;XU).I(Y;R)-I(Y;U) \le I(Y;X\mid U).

因此接收端補出的可用資訊不能被全部歸因於來源傳輸。


命題 D:Cycle consistency 不足

TjiTij=idT_{ji}\circ T_{ij}=\operatorname{id}

不推出:

qjTij=qi.q_j\circ T_{ij}=q_i.

可逆座標映射與語義保真是兩個命題。


命題 E:語義保真與載體安全彼此獨立

一般而言:

fidelity⇏safety,\text{fidelity} \not\Rightarrow \text{safety},

以及:

safety⇏fidelity.\text{safety} \not\Rightarrow \text{fidelity}.

命題 F:狀態依賴重建可以放大跨載體錯配

在 Lipschitz 條件下:

dt+1ηdt+βet.d_{t+1} \le \eta d_t + \beta e_t.

因此轉導誤差會與接收端既有狀態差共同進入後續動力學。


27. 可證偽性

本文的框架可以被以下結果削弱。

27.1 單一相似度已足夠

若未來跨模型、跨模態與跨生物—計算載體實驗長期顯示,某一個表示相似度量可以可靠預測:

  • 可解碼資訊;
  • 功能相容性;
  • 資訊保留;
  • 安全結果;

且不存在系統性反例,那麼本文的多層錯配分解可大幅簡化。

27.2 Side information 幾乎不影響重建

若:

D(u,x1)D(u,x2)D(u,x_1) \approx D(u,x_2)

對所有實際相關 x1,x2x_1,x_2 均成立,則 state-dependent reconstruction 的重要性會下降。

27.3 跨載體轉導近似對稱

若大量不同載體之間都存在:

TjiTij1T_{ji} \approx T_{ij}^{-1}

且兩個方向錯配近乎相同,則本文對方向不對稱的強調需要收縮。

27.4 安全結果幾乎完全由語義保真決定

若未來實驗證明:

δQ0\delta_{\mathscr Q} \rightarrow0

幾乎必然伴隨:

δsafe0,\delta_{\mathrm{safe}} \rightarrow0,

且沒有獨立載體動力學效應,那麼 fidelity 與 safety 的分離在該類系統中可以弱化。


28. 與 Paper 01 的接合

Paper 01 建立:

SG=(iSi)CG,\mathcal S_G^\star = \left( \prod_i \mathcal S_i \right) \cap \mathcal C_G,

以及:

ΓG(SG)SG.\Gamma_G ( \mathcal S_G^\star ) \subseteq \mathcal S_G^\star.

Paper 02 則回答:

進入 ΓG\Gamma_G 之前,跨載體輸入究竟經歷了什麼?

本文把單條邊 (i,j)(i,j) 展開為:

xiEiziTijujDj(,xj)rjFjxj+.x_i \xrightarrow{E_i} z_i \xrightarrow{T_{ij}} u_j \xrightarrow{D_j(\cdot,x_j)} r_j \xrightarrow{F_j} x_j^+.

並定義:

Kij(ε)={(zi,xj):δQij(zi,xj)εxj+Sj}.\mathcal K_{ij}(\varepsilon) = \left\{ (z_i,x_j): \delta_{\mathscr Q}^{ij}(z_i,x_j) \le \varepsilon \land x_j^+\in\mathcal S_j \right\}.

因此 Paper 01 研究狀態域如何保持

Paper 02 研究什麼樣的跨載體映射把系統送進那些狀態


29. 結論

跨載體交流真正困難的地方,不是「不同格式需要一個 converter」。

而是不同載體可能具有不同:

  • 表示幾何;
  • 可解碼變量;
  • 下游功能;
  • side information;
  • 狀態更新規則;
  • 安全邊界。

因此:

Transductionmere format conversion.\boxed{ \text{Transduction} \neq \text{mere format conversion}. }

本文建立的第一個核心結果是:

q=gT    q 在 T 的 fibers 上為常數.\boxed{ q=g\circ T \iff q \text{ 在 }T\text{ 的 fibers 上為常數}. }

這把跨載體保真問題從「是否一對一」改寫為:

是否保留了目前真正需要區分的 quotient classes?

第二個核心結果是:

I(Y;R)I(Y;U)I(Y;XU),\boxed{ I(Y;R)-I(Y;U) \le I(Y;X\mid U), }

它把接收端重建過剩限制在 side information 可解釋的範圍內。

第三個核心結果是:

dt+1ηdt+βet,\boxed{ d_{t+1} \le \eta d_t + \beta e_t, }

表示跨載體錯配會與載體既有狀態共同進入後續動力學。

因此,跨載體交流不能只問:

Did the translation work?\text{Did the translation work?}

而必須至少問五次:

Geometry?\text{Geometry?} Decodability?\text{Decodability?} Function?\text{Function?} Information?\text{Information?} Safety?\text{Safety?}

這五問共同構成:

Δij=(δgeom,δdec,δfunc,δinfo,δsafe).\boxed{ \Delta_{ij} = ( \delta_{\mathrm{geom}}, \delta_{\mathrm{dec}}, \delta_{\mathrm{func}}, \delta_{\mathrm{info}}, \delta_{\mathrm{safe}} ). }

下一篇 Paper 03 將在此基礎上加入載體容量向量、同步維度、記憶、時間尺度與更新速率,正式研究:

κin⪯̸κj\kappa_{\mathrm{in}} \not\preceq \kappa_j

何時只是有損壓縮問題,何時會變成載體狀態安全問題。


參考文獻

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系列狀態

Series: Generalized Phase Communication and Carrier Safety
Paper: 02
Version: v1.0
Canonical source encoding: UTF-8
Canonical mathematics delimiters: $...$ and $$...$$ only
Operational attack details: Excluded
Governance/deployment prescriptions: Out of scope
Depends on: Paper 00, Paper 01
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